Um protocolo para alojar ratos em um ambiente enriquecido

1Department of Molecular Virology, Immunology, and Medical Genetics, and Comprehensive Cancer Center, The Ohio State University
Published 6/08/2015
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Behavior
 

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Slater, A. M., Cao, L. A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment. J. Vis. Exp. (100), e52874, doi:10.3791/52874 (2015).

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Abstract

Introduction

O enriquecimento ambiental (EE) é um paradigma experimental usado para explorar os efeitos de um ambiente complexo e desafiador que não salientar os animais 1. EE é uma técnica de alojamento dos animais composto por aumento do espaço, atividade física, e interações sociais, que por sua vez aumenta sensorial, cognitivo, motor e estimulação social 2. Iglus, rodas de corrida, rodas pires, labirintos de tubos e outros objetos no ambiente de habitação promover esta cognitiva sensorial, social e estimulação motora através da promoção da exploração e interação. A disposição dos objetos nas mudanças de gabinete regularmente para apresentar um ambiente de romance, a que os ratos são forçados a se adaptar. Esta estratégia apresenta desafios leves e breves que induzem uma resposta adaptativa benéfico, benigno, e saudável, conhecido como eustress, em oposição a um ambiente mais aversivo, hostil ou mal adaptado angústia 3,4. Ao promover eustress e limitando aflição prejudicial, ratosmostram uma variedade de fenótipos favoráveis.

EE é um modelo experimental de confiança com uma vasta gama de aplicações, sendo desprovido de elementos tradicionalmente pensados ​​como estressante 1. Os efeitos da EE sobre roedores têm sido estudados há mais de meio século. No início da década de 1960 os estudos mostraram que os níveis de colinesterase cortical diminuída e os níveis de colinesterase subcorticais aumentados em ratos que foram alojadas em ambientes com maior espaço de vida, aumento do número de ratos, e uma variedade de brinquedos de madeira, labirintos, e plataformas de 5,6. Além disso, EE está associada com muitas alterações adaptativas no cérebro, comportamento, e metabolismo em ratinhos de diferentes idades e origens genéticas. Portanto, EE é um paradigma útil para uma ampla gama de estudos experimentais sobre os efeitos do ambiente em ratinhos. Efeitos EE pode ser observado em ratos tão rapidamente como a exposição de uma semana, e pode ser observada em animais mais velho que 18 meses 7. EE é frequentemente used em experimentos de neurociência e neurocomportamentais para estudar a recuperação da função, aprendizagem e memória 2. Além disso, EE tem um impacto considerável sobre o fenótipo de uma variedade de toxina induzida e modelos animais transgénicos de doenças neurológicas humanas, incluindo a doença de Huntington, doença de Alzheimer, doença de Parkinson, epilepsia, acidente vascular, e mais 2.

No entanto, ao longo dos anos, houve inconsistência com o projeto de enriquecimento de fazer comparações entre estudos de diferentes laboratórios difíceis. Por exemplo, cada um dos estudos sobre os efeitos de EE em relação a doenças neurológicas humanas acima referidas tinham variando os parâmetros para o enriquecimento. O estudo sobre a doença de Huntington alojados 4-6 ratos em gaiolas (44 x 28 x 12.5 cm3) que contêm as caixas de cartão, túneis, e folhas, bem como objectos de madeira e plástico que foram alteradas a cada dois dias 8,9. Um dos estudos feitos sobre Alzheimer &# 8217; s alojados 20 camundongos em uma gaiola maior (1 m 3) contendo 2 rodas de corrida, tubos de plástico, caixas de papelão e material de nidificação, que foram alteradas ou reorganizados semanal 10. Muitas configurações de EE têm temas semelhantes, como objetos para serem executados no ou esconder, mas o número de ratos por habitação EE, sala de estar, eo período de mudar o ambiente variam muito.

Os projetos inconsistentes de EE levaram a replicação falhou de efeitos EE. Os nossos dados sobre o cancro e metabolismo em conjunto sugerem que a combinação de estímulos fornecidas no seguinte protocolo de ligação de habitação EE detalhada para anti-cancro significativa e efeitos anti-obesidade 14,15. No entanto, a diferença de configurações de EE adoptadas por diferentes laboratórios pode influenciar os resultados de EE, como é visto em uma tentativa falhada para reproduzir os efeitos de EE sobre o crescimento de tumores cancerosos específicos implantados em ratos 11. Os diferentes resultados poderiam ser devido a uma variedade de razões que variam from diferentes taxas de crescimento das culturas de células tumorais para o tipo de detergente utilizado para a limpeza de equipamento de alojamento 11. A fim de reproduzir os resultados observados em nossos experimentos, é necessário um projeto particular de enriquecimento e pecuária. O procedimento a seguir detalha a habitação EE que permitirá que outros pesquisadores para replicar com sucesso o nosso modelo de enriquecimento eficaz.

Protocol

Os procedimentos descritos a seguir foram aprovados pelo cuidado e uso Comitê Institucional Animal (IACUC) da Universidade Estadual de Ohio.

1. Preparação de Enriched Meio Ambiente Antes de Habitação Ratos

  1. A limpeza e a manutenção dos instrumentos.
    1. Execute o grande enriquecimento bin (120 centímetros x 90 centímetros x 76 cm) através de uma lavagem gaiola. A Biotério protocolo de lavagem gaiola típica inclui 5 a 6 ciclos de lavagem, com o último ciclo de atingir 82 ºC. Toda a lavagem deve demorar cerca de 40 min. Ar seco do lixo.
      1. Se o grande bin enriquecimento, e quaisquer outros instrumentos de habitação, não podem ser enviados através de lavagem gaiola, em seguida, pulverizar e limpar o interior da bin com desinfectantes esporicidas seguintes instruções do fabricante. Limpe a caixa com um a água da torneira embebido toalha de papel ou etanol a 30% e seco com uma toalha de papel para se livrar de qualquer cheiro do desinfetante anterior.
    2. Use plastubulação tic, iglus com rodas tipo pires, e outros brinquedos hutch-como vários plásticos na EE. Lave esses brinquedos através de uma lavagem gaiola. Se você não tem acesso a uma lavagem gaiola acompanhamento passo 1.1.1.1.
    3. Use rodas de metal em execução na EE. Lave as rodas através de uma lavagem gaiola. Se a pintura das rodas começa a desvanecer-se, de modo que a roda ficar barulhento quando os animais correm sobre ele, aplique uma pequena quantidade de vaselina para onde a roda e axel conectar.
    4. Use toras de madeira na EE. Limpe os logs através da remoção de qualquer cama ou outros detritos com a mão. Em seguida esterilizar por autoclavagem os logs deles em um ciclo ou ciclo têxtil seco, o qual atinge uma temperatura de 121 ° C durante 15 min.
    5. Use gaiolas entre as dimensões de 29 centímetros x 18 cm x 12,5 centímetros e 30,5 centímetros x 19 cm x 14 centímetros para segurar um fio de alimentação e beber rack.Cut um buraco de pelo menos 5 cm de diâmetro para fora do-bottom frente da gaiola para camundongos para entrar e sair de do EE. Limpe estas gaiolas de alimentação, através de lavagem gaiola.
  2. Configurando o ambiente
    1. Despeje ¼ polegadas espiga de milho de animais de laboratório roupas de cama para a grande enriquecimento bin. Cubra a superfície andar inteiro do bin a uma profundidade de 2-2,5 cm, com roupa de cama.
    2. Coloque dois ou três registros em um canto da caixa. Toras Lugar no canto para sequestrar uma área de cerca de 1.225 centímetros 2. Na área seqüestrado pelos registros, colocar três iglus com rodas de pires na parte superior. Certifique-se de que as rodas não estão tocando as paredes da caixa, os logs, ou uns aos outros, para que não haja espaço suficiente para as rodas para girar livremente.
    3. Juntar as peças do tubo de plástico para que ramo múltiplos braços para fora da peça de ligação centeral. Coloque essa tubulação no meio do lixo.
    4. Em dois cantos da caixa, colocar uma gaiola de alimentação cada um cheio com a mesma cama como o compartimento, e o orifício na parte da frente da gaiola de alimentação deve ser virada para o centro do recipiente. Em cima dessas gaiolas que alimentam um fio alimentos e água potáveldeve ser colocado para segurar comida e água. Não coloque qualquer tampa na gaiola. Colocar comida e água nos fios gaiola.
    5. Coloque três rodas de metal no lixo, embora não todos ao lado do outro. Os três tipos diferentes de rodas são uma roda de 11,5 centímetros, uma roda de 20,5 centímetros, e uma roda de 28 centímetros. Em seguida, coloque brinquedos ou túneis hutch-like mais 4-5 de plástico em todo o bin enriquecimento.
    6. Cubra o bin com papel de filtro micro-isolador. Use grampos da pasta para o clipe de papel de filtro para o lixo.
    7. A novidade é importante para EE. Utilizar esta configuração como a estrutura do EE e variar a colocação de gaiolas acima mencionados, objectos e brinquedos para criar um ambiente novo para os animais.

2. Habitação dos Animais

  1. Criar animais para experiências em habitação laboratoriais regulares e não EE. Opcionalmente, colocar os animais em EE tão cedo quanto 21 dias de idade ao desmame. Genótipo e ouvido soco / tag animais antes da habitação EE.
  2. Ao colocaranimais para o caixote do enriquecimento de uma gaiola standard, colocar a gaiola no bin em sua lateral, para que os animais possam circular livremente na gaiola padrão para a bandeja de enriquecimento. Não permita que os materiais de nidificação para ser transferido para o caixote do enriquecimento.
  3. Casa 10-20 animais da mesma idade, sexo e linhagem genética na EE.

3. Manutenção do Meio Ambiente e Observando o Ratos Durante Estudos

  1. Diariamente
    1. Tranquilamente observar os animais para sinais de doença ou sofrimento. Se necessário, segurar delicadamente os animais para inspecionar ainda mais as condições de saúde. Observações anormais de registro e consulte um técnico de saúde ou pessoal veterinário se o animal apresenta condições que exigem a remoção do experimento.
    2. Fornecer tratamento tópico com pomada anti-bióticos triplo para pequenas feridas ou escaras. Se um animal precisa de ser removido devido a uma doença ou lesão crónica, remover o animal da experiência para eutanásia. Se os animaiscumprir os critérios de remoção antecipada para o animal investigação comitê cuidado ou veterinário supervisionando, não retornam os animais de volta para EE.
  2. Duas vezes por semana
    1. Verifique os níveis de ração e água. Certifique-se de que os alimentos ea água vai durar para os próximos 3-4 dias. Endireitar-se rodas de execução e brinquedos de enriquecimento de modo que eles estão espalhados e pode ser usado por ratinhos. Substitua os que são demasiado sujo.
  3. Semanal
    1. Substituir garrafas de água com garrafas de água limpa. Reorganizar dispositivos de enriquecimento de uma forma que segue a configuração no ponto 1.2. Ainda não é diferente da configuração da semana anterior.
      NOTA: Se um experimento requer que os animais sejam retirados do ambiente enriquecido para uma atividade (gravação de peso corporal, coleta de sangue, teste de comportamento, etc.) é melhor para reorganizar o ambiente enquanto os animais estão longe da bin enriquecimento.
    2. Limpe as gaiolas de alimentação na EE à mão ou enviá-la por lavagem gaiolacomo detalhado na Seção 1.1.5. Substitua as prateleiras de arame que seguram a comida e água com prateleiras de arame limpa também.
    3. Siga as instruções na Seção 2.2. ao colocar os animais de volta no enriquecimento. Verificar no local o resto do grande bin enriquecimento e limpo, se necessário, por escavar para fora de areia suja e se espalhando para baixo nova roupa de cama limpa.
  4. Bi-semanal
    1. Durante a realização da criação semanal, limpar os brinquedos à mão ou enviar através de lavagem gaiola como detalhado na Seção 1.1.2. Se necessário, colocar os murganhos na gaiola de um micro-isolador padrão para o tempo requerido para limpar.
  5. Mensal
    1. Limpe a maioria da maca para fora, movendo brinquedos de enriquecimento e alimentando gaiolas e escavar para fora da maca. Substitua com cama fresca. Certifique-se de que não há uma polegada de cama em todas as áreas da gaiola. Se necessário, colocar os murganhos na gaiola de um micro-isolador padrão para o tempo requerido para limpar.
  6. De três em trêsMeses (ou No final do experimento)
    1. Remova todas as camas e brinquedos e limpe e desinfete o bin de enriquecimento, conforme descrito na Seção 1.1.1. Se o experimento está em curso, substitua com novas roupas, alimentação, gaiolas variedade de brinquedos e, em seguida, retornar os ratos para o lixo.
  7. Desinfectar todo o bin enriquecimento com mais frequência do que a cada três meses, se necessário pela instituição de pesquisa em que a EE está alojado. Se tal for necessário e um outro recipiente grande enriquecimento está disponível, configure o recipiente enriquecimento adicional, conforme detalhado na Seção 1.2. e transferir os animais para o novo recipiente, enquanto a anterior está a ser limpo.

4. Condições de Habitação de controle

  1. Casa animais do grupo controle em gaiolas micro-isoladoras de dimensões 30,5 centímetros x 19 cm x 14 cm. Incluir uma gradinha na gaiola para a realização de comida e uma garrafa de água, se a gaiola não está ligado a um sistema de rega automático.
  2. Fornecer a mesma cama sabugo de milho na gaiola controle como é na EE. Fornecer um 4 centímetros x 4 centímetros nestlet para os ratos para fazer um ninho de fora.
  3. Substitua e / ou limpar as gaiolas, alimentação fios, comida e água uma vez por semana. Limpe gaiolas e prateleiras de arame através de lavagem gaiola ou tão detalhado na Seção 1.1.1.1. Limpe as gaiolas mais frequentemente se animais urinar com mais frequência, ou se as fugas de água potável para a cama.
  4. Monitorar a saúde dos animais em habitação controle diário. Assegurar os animais têm abundância de comida e água.
  5. Casa 3 ~ 5 ratos do mesmo sexo na gaiola normal do mouse. Não forneça qualquer brinquedo, tubo, ou gaiola em gaiola.
  6. Técnicos de saúde e de laboratório institucionais facilidade laboratório cuidados com os animais pode fornecer pecuária para estes ratinhos de controlo.
  7. Manter os animais num ciclo claro / escuro de 12 horas de luz, como é para os ratos em EE.

Representative Results

EE afecta a expressão do factor de crescimento, aumenta a neurogénese e sobrevivência das células dentro do sistema nervoso central (SNC) 12,13. Estudos mais recentes têm mostrado que esta técnica de EE conduz a uma notável supressão de crescimento do cancro em modelos de cancro incluindo três rato B16 melanoma, cancro do cólon e MC38 APC min / rato + que contém uma mutação de linha germinal e é altamente susceptível à formação espontânea de adenoma os intestinos 14. Os resultados na Figura 2 confirmam a supressão do crescimento do tumor de melanoma B16 implantados em ratinhos expostos à EE durante 5 semanas (~ diminuição de 80% da massa tumoral). Supressão do crescimento câncer foi ainda observada em camundongos quando EE foi iniciada após o tumor tinha sido estabelecido 14. EE resultou na maior inibição de crescimento do melanoma nos ratos induzidos por dieta de alta gordura obesidade (~ 70% de diminuição de massa tumoral) do que em ratinhos de peso normal (~ 50% de diminuição de massa tumoral) 14. EE ind mudanças de assinatura uced nos biomarcadores séricos, incluindo gota robusta de leptina, diminuição de IGF-1, e um aumento dos níveis de adiponectina 14.

Além disso, esta técnica de EE diminui a adiposidade, aumenta o gasto energético, leva à resistência contra a obesidade induzida por dieta e induz a um branco ao marrom interruptor fenotípica gordura, ativando o eixo hipotálamo-simpatoneurais-adipócitos eixo 15. A diminuição da adiposidade foi observada a partir de seis dias expostos a EE (Figura 3A, B) e novamente confirmada em animais expostos à EE durante quatro semanas (Figura 3C e D). É também importante notar que, uma, o anti-cancro e anti-obesidade associada com EE não pode ser explicada pela actividade física sozinho, e, dois, os efeitos de EE pode ser reproduzida por sobre-expressão do factor neurotrófico derivado do cérebro (BDNF ) no hipotálamo 14,15.

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Figura 1: Enriquecido ambiente bin configurar o ambiente enriquecido tem uma área de 120 cm x 90 cm e inclui duas gaiolas modificadas, rodas de corrida, iglus com rodas pires, tubos de plástico, toras de madeira, e outros brinquedos de enriquecimento de plástico..

Figura 2
Figura 2: ambiente enriquecido reduz o crescimento de tumores em camundongos C57BL / 6 machos Três semanas de idade ratos machos eram casa em EE ou gaiolas de controlo durante 5 semanas antes da inoculação do tumor.. Os pesos dos tumores de melanoma B16 em 17 dias após a inoculação de 10 5 células por via subcutânea animais acima do flanco direito (n = 10 por grupo. Teste t de Student, * p <0,05).

Figura 3a
Figura 3b
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Figura 3d
Figura 3: enriquecida ambiente diminui a adiposidade em ratinhos C57BL / 6 do sexo masculino Três semanas ratos velhos foram submetidos a ee;. um grupo de 6 dias, durante quatro semanas mais. (A) Seis dias em EE diminuição do peso do coxim gorduroso (n = 5 por grupo. Teste t de Student, * p <0,05). (B) Seis dias em EE diminuição do peso da almofada de gordura em relação ao peso corporal (n = 5 por grupo. Teste t de Student, * p <0,05). (C) Quatro semanas na EE diminuição do peso do coxim gorduroso (n = 5 por grupo. Teste t de Student, * p <0,05). (D) com quatro semanas de EE diminuição do peso da almofada de gordura em relação ao peso corporal (n = 5 por grupo. Teste t de Student, * p <0,05). BAT: tecido adiposo marrom, IWAT: inguinal branco tecido adiposo, EWAT: tecido adiposo branco epidídimo,RWAT: tecido adiposo branco retroperitoneal.

Discussion

Os efeitos robustos de EE na expressão do gene no cérebro, diminuição da adiposidade e crescimento do câncer em ratos dependem fortemente da habilidade do pesquisador para manter o novo ambiente e lidar com os animais de uma forma que promove a atividade física, interação social e desafios cognitivos, ainda não aflição dos animais. Há duas etapas processuais mais importantes para se lembrar. Em primeiro lugar, lembre-se de alterar o posicionamento dos brinquedos, objetos e gaiolas cada semana. Embora os brinquedos e objectos podem ser o mesmo a partir da semana anterior, os ratinhos perceber o ambiente como novo. Alterar os brinquedos e os próprios objetos com diferentes pessoas a cada duas semanas. Em segundo lugar, lembre-se de manter o ambiente limpo. Se a cama suja não são removidos, o aumento dos níveis de azoto pode ser um stressor para os animais.

Além disso, existem muitas técnicas a serem observados neste protocolo EE. O uso de brinquedos e diferente diferentes ou exclusivosdesenhos de labirintos de tubos de plástico é incentivada. O ambiente pode ser um desafio, mas não deve representar uma ameaça para a saúde dos animais. Além disso, cuidado com os brinquedos que são disfuncional, porque os brinquedos disfuncionais aumentar o risco de ser pego membros do mouse, ou pode ser tóxico para os animais se consumida pela mastigação sobre ele. Uma constante para o EE é a utilização de três rodas pires em cima de igloos, sequestradas para um canto ou lado do bin por 2-3 logs. Esta configuração de funcionamento de discos atrás dos registros está presente em todos os nossos estudos de enriquecimento. Em termos do uso e colocação de outros objetos, a descrição do esquema acima é uma cópia azul fundacional da configuração EE. Variação da configuração com este quadro fundamental de tubos de plástico, rodas de correr, correr pires, gaiolas e os logs devem proporcionar um novo ambiente suficiente para reproduzir os resultados relatados.

Se estiver trabalhando com animais transgênicos que têm diabetes ou outra metabólicadoenças, preste muita atenção para o consumo de alimentos e água para garantir que os animais não ficar sem comida e água. Se os animais têm diabetes, que vai urinar mais, de modo a roupa de cama do alojamento EE pode precisar de ser local verificados e limpos com mais freqüência. Os lugares na habitação EE que precisam da cama removido na maioria das vezes são os cantos. Recorde para ajustar as rodas e outros brinquedos, de modo que possam ser usadas pelos animais. Os animais são capazes de executar rodas pires na cama e bater rodas correndo. Se os animais são jovens, de 3 a 5 semanas de idade, eles podem cavar sob as gaiolas no EE e esconder juntos sob lá, deixando o pesquisador menor idéia de onde os animais são. Ao remover cama suja, substituindo os brinquedos, ou limpar gaiolas, sugere-se a colocar os animais em uma gaiola padrão limpo para não salientar-los ao ajustar seu ambiente. É mais fácil obter todos os animais em uma gaiola, se eles têm menos lugares para se esconder no environment. Portanto, a remoção de brinquedos antes de sequestrar os animais em uma gaiola torna o processo mais fácil. Além disso, não coloque mais de 5-6 animais em uma única gaiola padrão enquanto se espera para a limpeza ou ajustar seu ambiente EE. Os animais do sexo masculino em EE pode ser agressivo particularmente quando EE é iniciada na idade adulta. Portanto, é importante observar o ambiente para quaisquer animais feridos ou mortos.

Além disso, o número de animais que típico alojar em EE para esta grande tamanho do recipiente é de 10-20 ratinhos. O número de animais outros investigadores usam para EE variar, usando cerca de 10 ou menos ratinhos, e o tamanho da gaiola ou caixa deve ser tido em consideração quando se determina o número de animais para a casa em EE. Ter muitos animais em um ambiente de vida pode levar à agressão em ratos do sexo masculino. Os ratos que temos instalado em EE foram de C57BL / 6 fundos. Ratos de outras estirpes podem ser mais ou menos agressivo, ou mais propensas a problemas de saúde emesta configuração EE. Isto deve ser tomado em consideração na determinação do plano de criação para os ratos e o ambiente enriquecido.

Quatro semanas EE habitação é suficiente para induzir a diminuição da adiposidade, queda do nível de leptina, e a inibição de crescimento do melanoma B16. Longer EE pode levar a efeitos mais fortes sobre o metabolismo e inibição câncer. Se os ratos submetidos a procedimentos cirúrgicos durante ou antes da exposição a EE, que pode ser alojado com suturas intactas. Quer ou não os animais respondem bem a esta configuração particular EE com grampos cirúrgicos ou cateteres intactas não foi estudado. Além disso, estamos neste momento a investigar como isto EE particular afeta a vida útil ou healthspan de animais idosos. Dados preliminares sugerem que C57BL feminino / 6 ratos, 10 meses de idade, responder à EE de forma semelhante a ratos jovens. Uma limitação do alojamento EE é que acomodam um grande bin tal no espaço facilidade animal, e preferencialmente em uma sala específica de gênero. Assim, estudos futuros sobre o FEPECTS de EE em menor escala, bem como brinquedos encontrando que são fáceis de limpar, suportar limpeza de alta temperatura e são seguros para a saúde animal, irá melhorar as aplicações da EE em metabólica e pesquisa do câncer.

Disclosures

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado pelo NIH concede CA163640, CA166590, e AG041250 a LC.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Large enrichment bin (120 cm x 90 cm x 76 cm) Custom made. Custom made. Made of polypropylene. Edges of the bin are 1.5 cm thick.
Large enrichment bin alternative (120 cm x 110 cm x 76 cm) Global Industrial 155202 If necessary, this bin works as an alternative to the one above.
Habitrail Mini tubes Habitrail 62720; 62705; 62725; 62715; 62054 -
Plastic igloos with saucer wheels Bio Serv K3327; K3250 -
Metal Running Wheels Super Pet 61392; 61394; 61396 -
Manzanita Wood Gnawing Sticks, 3" Bio Serv W0016
Mouse Tunnels Bio Serv K3322 -
Mouse cages that go in the large EE bin. Lab Products Inc 10027 Mouse Cage -
Cage Klenz 180 Alkaline Cage Wash Detergent, Cage Klenz 250 Acid Detergent Steris Life Sciences 1K1802; 1K2502 These detergents are used in the cage wash for the toys, large enrichment bins, and cages.
Sporklenz Steris Life Sciences 6526Q8 Alternative sporicide/disinfectant to washing toys, bins, and cages in cage wash.
Bed-O-Cobs 1/4" bedding The Andersons, Inc. 4B Corn cob bedding is 1/4" in diameter.
Nestlets for control housed mice Ancare Cotton squares

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References

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